１前言
墙地砖生产过程包括三个重要的工序：制粉、成形与烧成。制粉是最重要也是非常关键的工序，制粉分两部分：原料的球磨和喷雾干燥。在球磨工序控制好泥浆的细度和水分后，喷雾干燥工序则决定了坯体粉料的质量，它直接影响后续工序的质量：粉料的成形性能、坯体均匀性、生坯强度等，进而影响瓷砖产品的性能。 喷雾造粒制备的粉料，一般要求满足以下性能：（１）具有一定的水分
（２）合理的颗粒度及颗粒级配（３）良好的流动性（４）一定的松装密度
满足上述要求的前提下，充分发挥喷雾干燥塔的效率，达到节能减排的目的。本文根据文后所列文献，结合作者的生产实际经验，从喷雾干燥塔的结构开始，介绍喷雾干燥的工作原理，以及生产过程中的控制要点与缺陷克服措施等。
２喷雾干燥塔的结构
喷雾干燥塔的结构有很多种，陶瓷厂常用的喷雾
干燥塔如图１所示，它通常包括如下几部分：
草地悠波球
（１）料浆供应系统
包括：浆池搅拌机、泥浆泵、料浆筛、输浆管道、流
量计等。
雾化器是喷雾干燥塔最重要的部件。它的作用是将输入的料浆雾化成微细的液滴，以便干燥。雾化器种类有很多种：旋转式雾化器、喷嘴式雾化器、组合式雾化器。不同的雾化器可以适合不同的料浆类型，提供大小均匀的雾滴。 （３）干燥塔
四氧化锰它是整个工艺过程的主体设备，它的主要作用是容纳雾化后的料浆液滴与热风交汇，完成干燥过程。
（４）热风系统
包括：空气加热器（热风炉）、调温冷风机、分风器、热风管道等。它的作用是为喷雾干燥塔提供热风，作为干燥介质。分风器的作用是均匀分配热风，使热风以一定的角度下旋，使料浆均匀受热。如果分风器倾斜，将导致粉料干湿严重不均。
（５）废气排放和除尘系统
包括：除尘机、排风机、废气烟囱、脱硫机等。作用：回收废气中的粉料，并且对废气进行处理，使之达到国家规定的排放标准，保护环境。
（６）卸料及粉料输送系统。
３喷雾干燥的工艺过程
喷雾干燥一般可以分为四个阶段：
喷雾干燥技术基本原理与生产控制
蔡飞虎，冯国娟
（佛山市玻尔陶瓷科技有限公司，佛山５２８０３１）
知识讲座
Knowledge Lecture
摘要：本文介绍了墙地砖生产过程中的重要环节———喷雾干燥制粉工序，对喷雾
干燥的原理、生产过程控制、节能减排等作了详细阐述。
关键词：喷雾干燥；原理；工艺参数
（１）泥浆雾化成雾滴
（２）雾滴与空气接触（混合和流动）
（３）雾滴干燥（水分蒸发）
（４）干燥产品与空气分离
其中最重要的是雾化与干燥，直接影响产品质量。
水辊清洗剂３．１泥浆的雾化
泥浆雾化即将泥浆分散为微细的雾滴。雾滴的平均直径约为１５０～３５０μｍ，按粉料的不同用途，确定雾滴大小。雾滴大小和均匀度对产品的质量影响很大，其中的雾化器是关键部件，将在后面专门讨论。
雾化的雾滴很细小，它的比表面积大，与热空气接触时，极易发生传质和传热，使雾滴迅速汽化干燥。
３．２雾滴与空气混合
雾滴与热空气混合，取决于热空气入口和雾化器的相对位置，雾滴与热空气的接触方式分为：（１）并流式，分为向下并流、向上并流和水平并流；（２）逆流式；（３）混流式。其原理如图２所示。
３．２．１并流运动
热空气与雾滴在塔内以相同方向运动，如图２ａ～ｃ所示。最热空气先与含水最高的雾滴接触，水分迅速蒸发，空气温度迅速降低。整个过程，物料温度不高，因而对热敏性物料干燥有利。由于水份蒸发迅速，雾滴容易膨胀甚至破碎，所得粉料多为非球形的多孔颗粒，粉料容重低。
３．２．２逆流运动
热空气与雾滴的运动方向相反，如图２ｄ所示。由于热空气向上，雾滴向下，延缓了颗粒和雾滴的下降速度，在干燥室内停留时间长，有利于干燥。此方式只适用于非热敏性材料。
３．２．３混流运动
这种方式既有并流，又有逆流的运动，适合生产流动性好的粗粉，即陶瓷厂广泛使用的喷雾干燥塔类型。
混流有两种情况：
（１）喷嘴安装在干燥塔底部，热风从顶部进入。雾滴先作逆流运动，到达最高点后下降，作并流运动。
（２）喷嘴安装在塔的中部，物料向上喷雾，与塔顶进入的高温空气接触，使水分迅速蒸发。这种方式热效率高。雾滴先逆流运动，干燥到一定程度后，又与已经大幅降温的热空气向下并流，干燥的物料和已经降低到出口温度的空气接触，避免了物料的过热变质，
１——
—泥浆泵；２——
—雾化风机；３——
—调温冷风机；４——
—烧嘴；５——
—热风炉；６——
—
热风管道；７——
—废气烟囱；８——
—升降阀门；９——
—干燥塔；１０——
—压力喷嘴式雾化器；１１——
—排风机；１２——
—循环水泵；１３——
—沉淀池；１４——
—水封器；１５——
—洗涤塔；１６——
—旋风分离器；１７——
—
叶轮给料机；１８——
—振动筛
图１采用压力喷嘴式雾化器的喷雾干燥塔的主要结构［１］
图２喷雾造粒系统气液两相流向示意图
适用于热敏性原料，陶瓷企业就是使用这种干燥塔。
３．３雾滴的干燥
雾滴的干燥，与坯体的干燥原理相似，分为两个过
程：恒速（第一阶段）和降速（第二阶段）。雾滴一遇到热
空气，雾滴中的水即汽化进入到空气中。
（１）恒速阶段：雾滴中有足够的水分，可以保持表
面的湿润状态，蒸发恒速进行。
（２）降速阶段：当雾滴水分不能保持表面的湿润
状态，即到达临界点后，雾滴表面形成干壳。干壳的厚
度随着时间而增加，蒸发速率也逐渐降低。纱
（３）干燥时间。雾滴干燥所需的时间，决定了喷雾
干燥塔的高度。对于固定的喷雾干燥塔，干燥时间还与
产品的组成有关。要对不同的产品，进行不同的操作。例如，微粉砖坯体的底料、面料成分不同，制粉操作时应有所区别。
（４）喷雾干燥过程
喷雾干燥过程如图３所示。４雾化器的种类和特点［２］
雾化器是喷雾干燥塔的核心，有以下三种类型：气流式雾化器、旋转式雾化器和压力式雾化器。目前陶瓷行业广泛使用的是压力式雾化器。
４．１二氯丙醇
气流式雾化器
图３喷雾干燥过程中雾滴干燥示意图
采用压缩空气以很高的速度（３００ｍ／ｓ或更高）从喷嘴喷出，利用气液二相的速度差产生的摩擦力，使液滴分裂为雾滴。雾滴大小取决于相对速度和料液的粘度。料雾的分散度取决于气体的喷射速
度、料液的物理性质、雾化器的几何尺寸、气液量之比。陶瓷厂辊道窑的烧油喷嘴即是一种气流式雾化器。
４．２旋转式雾化器
料液从中心输入到高速旋转（圆周速度达９０～
１４０ｍ／ｓ）的转轮或转盘，然后在轮或盘的表面加速流
向边缘，在离开边缘时分散成由微细的雾滴组成的料雾。甩釉机就是一种旋转式雾化器。
特点：可以通过控制轮的转速调节颗粒的大小。平均粒度与进料速度、料液粘度成正比，与转轮速度和转轮半径成反比。
４．３
压力式雾化器
料浆用泵以较高压力沿切线槽进入旋流室，在旋流室内，料浆高速旋转，形成近似的自由涡流。在压力作用下，料液从小孔喷出，形成锥形料雾。
由于压力式雾化器中，料浆的压力达到２ＭＰａ以上，很容量磨损喷嘴材料，尤其是喷嘴孔板，因此，喷嘴孔板一般采用硬质合金。
４．３．１雾锥形状
压力式喷嘴产生的料雾，有两种形状：实心雾锥和空心雾锥（如图４所示）。在生产中，应尽量形成实心雾锥。
实心雾锥：干燥空气与雾锥全面接触，干燥均匀。并且，实心雾锥可以使雾滴在干燥塔中心位置到达行
程的最高点。实心锥喷雾适合先逆流后并流的喷雾干燥系统，可以有效减少粘壁现象，其含有较大比例的大液滴。
空心雾锥：颗粒偏小，产量低，容易形成粘壁料，严重影响喷雾干燥粉料的质量。空心锥喷雾特别适合并流喷雾干燥系统。
空心雾锥与实心雾锥可以相互转换。旋流室中，当轴向液体速度分量增大，足以抵消旋转运动时，空气芯消失，空心锥喷雾变为实心锥喷雾。所以旋流室和旋流片的尺寸很重要，对此后面将专门讨论。
４．３．２喷雾角
喷雾角也称雾化角，是压力式喷嘴的重要参数。下面的一些因素会对雾化角产生影响。
（１）压力对雾化角的影响压力增大，雾化角变小。（２）粘度对雾化角的影响
粘度增大，雾化角缩小。粘度很大的液体，将变成一条射束，难以雾化。
（３）雾化角与喷嘴流量的关系
雾化角与喷嘴流量呈反比例关系，雾化角越大，喷嘴流量越小。
（４）雾化角对粉料质量的影响
雾化角过大，整个雾化面偏低，易粘塔壁，且不能有效利用塔顶部热空气均匀分布的优势。雾化角过小，雾化面增高，料浆可能射向塔顶，也会造成粘塔。两种情况都会产生较多的塔壁料，严重影响粉料质量。
５雾滴粒径的影响因素
雾滴粒径的大小，直接影响喷雾干燥粉料颗粒的
大小和分布。雾滴粒度的大小，与雾化器的运行参数密切相关，此外还与泥浆的性能相关，如粘度等。
生产中要根据产品种类的不同需要，确定喷雾干燥的各项参数。
５．１运行参数对雾滴尺寸的影响
（１）压力对雾滴粒度的影响
压力增大，雾滴减小。雾滴粒度与压力的－０．３次方成比例。在很高压力下，压力的变化对雾滴粒度无明显影响。
（２）粘度对粒度的影响
粉料的粒度与泥浆粘度的０．１７～０．２次方成比
图４
雾锥形象示意图
１———
热风管道；２———配风室；３———除尘室；４———炉膛；５———喷嘴；６———水煤浆管；７———输油管道；８———出渣器；９———阻燃风管；１０———阻燃风机；１１———雾化风
管；１２———雾化风机
图５
水煤浆旋风燃烧炉示意图
例，提高料浆粘度，将产生粗颗粒的雾滴。当粘度很大时，不能用压力喷嘴雾化。
生产过程中，适当控制和稳定泥浆的流动性，可以控制喷雾料的颗粒大小。例如，生产斑耐磨砖，为增加着效果，粒要大，这就要调大料浆的粘度，有需要时加ＣＭＣ。为了改善坯体成形时的排气效果，可以适当提高喷雾干燥粉料的粒径，也可通过提高泥浆的粘度来实现。
（３）喷嘴孔径对雾滴粒径的影响
在其他参数不变时，雾滴尺寸随喷嘴直径的平方而增加。这一因素影响非常大，生产中常用此法调节粒径，按照粉料的不同用途，配置不同的喷嘴口径。
５．２雾滴的粒径分布
压力喷嘴获得的粒径范围较宽，粒径分布决定于喷嘴尺寸、操作压力和料液条件。粒径的分布范围，要根据压机的成形要求来进行调节［１６］。
６热风炉［１，１４］
陶瓷厂使用的热风炉，根据燃料不同，主要有四
种加热设备：
（１）重油炉（２）水煤气炉（３）水煤浆炉（４）链排炉
每种炉各有特点，张润禄［１４］的文章中详细介绍了各种燃煤热风炉。
６．１重油炉
生产过程中，对重油热风炉，主要控制以下几方面：
（１）重油过筛，把渣子去除；
（２）油温温度控制，温度过低，影响燃烧；（３）控制烧嘴结焦。
抛光砖中的黑点，有很多就是由于重油结焦引起的。
６．２水煤气炉
（１）冷煤气
正常使用，效果很好。（２）热煤气
热煤气中的煤粉含量高，会影响抛光砖的质量，因而不主张使用，但对有釉产品的影响稍小一些。
６．３水煤浆炉
（１）水煤浆的要求
水煤浆由７０％的煤、２９％的水和１％的添加剂组成。其煤质要求如下：热值大于６５００大卡；杂质含量小于
１０％；挥发分大于３０％。水煤浆要求静止２４ｈ后只能有
少量沉淀。
使用水煤浆的优点是可以充分利用把酚水及煤焦油等污染物，减少环境污染。水煤浆旋风热风炉示意图见图５。
（２）特点
优点：操作简单、燃烧效率高。缺点：
１）建造成本高；
２）点火要烧油，备有燃油系统，结构复杂；３）水煤浆喷嘴易堵塞和磨损；
４）炉膛易结焦，混入粉料中，影响产品质量；５）自身含有３０％水分，影响热效率。
６．４链排炉
链排炉全称为链条炉排热风炉，其结构示意图如图６所示。
空气雾化喷嘴（１）优点
１）直接燃烧原煤，结构简单、供热稳定、自动化
程度高；
２）可以把制水煤气的酚水、煤焦油一起加入烧
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